【文章內(nèi)容簡介】 電腦之間在進(jìn)行相 互通訊時，數(shù)據(jù)不是以流而是以幀的方式進(jìn)行傳輸?shù)?。我們可以把幀?作 是一種數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包中不僅包含有數(shù)據(jù)信息，而且還包含有數(shù)據(jù)的發(fā)送地、接收地信息和數(shù)據(jù)的校驗信息。一塊網(wǎng)卡包括 OSI 模型的兩個層 —— 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號、線路 狀態(tài)、時鐘基準(zhǔn) 信號 、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并且 向數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。 網(wǎng)卡的功能 網(wǎng)卡的功能主要有兩個 ： 一是將電腦的數(shù)據(jù)封裝為幀，并通過網(wǎng)線 (對無線網(wǎng)絡(luò)來說就是電磁波 )將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去 ； 二是接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備傳過來的幀，并將幀重新組合成數(shù)據(jù)，發(fā)送到所在的電腦中。網(wǎng)卡能接收所有 在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?，但正常情況下只接受發(fā)送到該電腦的幀和廣播幀 ，而 其余的幀 則會被 丟棄 ， 然后 傳送到系統(tǒng) CPU 中 做進(jìn)一 步處理。當(dāng)電腦發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)卡等待合適的時間將分組插 入到數(shù)據(jù)流中 ， 接收系統(tǒng)通知電腦消息是否完整地到達(dá)，如果出現(xiàn)問題，將要求對方重新發(fā)送。 1000M 以太網(wǎng)接口電路設(shè)計規(guī)范 在 1996 年 6月， 特別工作組，負(fù)責(zé)研究千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 。 1997年 3月 ， 重新劃分為 特別工作組和 特別工作組 。 在 1998年 6月 ， 產(chǎn)生了 標(biāo)準(zhǔn)，主要包括 1000BASESX、 1000BASELX 和短距離銅纜（ 1000ASECX）的規(guī)格定義。在 1999年 6月，通過了 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)處理了已安裝電纜（ UTP CAT5）的兼容性，主要包含 1000BASET 的規(guī)格 。 千兆以太網(wǎng)， ISO/IEC 88023(CSMA/CD MAC)和 ISO 開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)模型的USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 12 關(guān)系如 圖 27。 圖 27 千兆以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 物理層根據(jù) 其 接口器件的不同， 可把 千兆以太網(wǎng)分為 以下幾 類 。具體 如 表 21所示。 表 21 千兆以太網(wǎng)的分類 物理層器件 含義 1000BASEX 1000BASESX 千兆雙工多模光纖 1000BASELX 千兆雙工單模光纖 1000BASECX 兩對特殊平衡線纜 1000BASET (IEE ) 四對五類平衡銅線走高級多層信號 1000BASET 在很多情況下， 安裝在建筑當(dāng)中的是 5類雙絞線，用光纖替換掉他們是很困難的，因此 1000BASET的規(guī)范指定出來，使能夠使用 100BASEX 的 5類雙絞線也能夠支持 1000BASET，但是 100BASET和 1000BASEX的物理層有所不同。同100BASETX一樣， 10000BASET的符號傳輸率為 125Mbaud，但不同的是 它使用的 4 對雙絞線進(jìn)行連接和更加復(fù)雜的 5電平碼規(guī)范。 1000BASET 的發(fā)送和接受在每對線上同時進(jìn)行， 4對雙絞線和 5電平碼的組合可以讓 1000BASET的每個信號脈沖并行的發(fā)送一個字節(jié)，因此傳輸率為： 125M 符號 /秒 *1字符 /符號 =1Gb/s。 GMII 接口將 RECONCILIATION 層和 PHY 層相連接。 GMII 接口包括 8 位的數(shù)USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 13 總線，工作在 125MHZ下 。 它 還包含時鐘信號、載波檢測、和錯誤狀態(tài)等。 GMII 接口的特點如下： 1）能支持 1000Mb/s 的運行，也 可以支 持其它速率。 2）數(shù)據(jù)和定界符對于參考時鐘是同步的。 3）提供 8 位收發(fā)數(shù)據(jù)通道 。 4）提供簡單管理接口。 5）信號電平兼容于不同 CMOS、 數(shù)字 ASIC 過程和雙極過程 。 6） 提供全雙工操作 。 GMII 信號 如 圖 28所示。 圖 28 GMII 信號圖 GMII 信號功能說明： TX_CLK： 10Mb/s或 100Mb/s發(fā)送時鐘，不在 1000Mb/s運行。 GTX_CLK： 1000Mb/s發(fā)送時鐘。為連續(xù)時鐘，運行在 1000Mb/s下 。 GTX_CLK： 從 RS到 PHY層的 TX_EN、 TX_ER和 TXD信號提供時鐘參考。 PHY層在 GTX_CLK的上升沿檢測 TX_EN、 TX_ER和 TXD。 GTX_CLK由 RS層提供。 TX_CLK頻率應(yīng)為標(biāo)稱發(fā)送數(shù)據(jù)速率的八分之一。 RX_CLK：接收時鐘。 TX_EN：發(fā)送使能。 TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)。 TX_ER：發(fā)送編碼錯誤。 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 14 圖 29 幀發(fā)送示意圖 基本的發(fā)送時序如下： RX_DV：接收數(shù)據(jù)有效。 RXD：接收數(shù)據(jù)。 RX_ER：接收錯誤。 CRS：載流檢測。 COL：碰撞檢測。 基本的接收時序圖為 210。 圖 210 幀接收示意圖 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 15 3 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的總體設(shè)計 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡 的功能描述及特點 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡 的功能描述 USB 千兆 以太網(wǎng)網(wǎng)卡是 以 USB 為輸入接口 ,它的最高傳輸速率可達(dá)480Mbps/s,比 的傳輸速率提高了四十倍左右。它可以通過 USB 接口達(dá)到 10/100/1000Mbps 的傳輸網(wǎng)速。它的低成本和現(xiàn)有 USB接口的應(yīng)用使用戶不需要購買昂貴的千兆以太網(wǎng)卡和利用多余的 PCI 插槽就可以在筆記本電腦和臺式電腦上提升網(wǎng)絡(luò) 的連接速度。 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的特點 ? 支持 10/100/1000 Mbps 的自動感應(yīng)性能。 ? 支持直接和交叉網(wǎng)絡(luò)電纜的自動檢測。 ? USB 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 USB 標(biāo)準(zhǔn)。 ? 在總線供電情況下支持 的高速模式（ 480Mpbs/s）和全速模式（ 12Mpbs/s）。 ? 兼容 IEEE (10BaseT/100BaseT/1000BaseT)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 。 ? 支持 以太網(wǎng) :10Mbps(半 /全雙工 )； 快速以太網(wǎng) :100Mbps(半 /全雙工 )； 千兆以太網(wǎng) :1000Mbps(全雙工 )的 操作。 ? 支持最大 9KB的數(shù)據(jù)包的傳輸。 ? 支持延緩模式和休眠模式 。 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的硬件組成 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡主要是由 AX88178 芯片和 RTL8211CL及一些相關(guān)的元件組合而成。 AX88178 是一個 USB 轉(zhuǎn) 10/100/1000M以太網(wǎng) / Home PNA / Home Plug 的芯片。由于它的低成本 ， 讓我們得以在今天通過 PC或筆記本計算機的 USB 接口實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)的連接傳輸。 RTL8211CL 為 48pin 的 PHY， RTL8211CL的優(yōu)勢是體積小、價格便宜、外圍電路簡單 等 。 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 16 驅(qū)動程序的總體結(jié)構(gòu) 文件模塊描述列表 本 驅(qū) 動 程 序 主 要 由 , ,sources， makefile 組成。 文件描述列表： 文件 描述 Sources 定義構(gòu)建網(wǎng)卡驅(qū)動程序（ sys 文件）所需要的源文件 Makefile 構(gòu)建 sys 文件必須的文件 硬件相關(guān)的宏定義，結(jié)構(gòu)體 AX88178 微端口驅(qū)動程序的主要頭文件 定義硬件特定功能函數(shù)，供注冊函數(shù)調(diào)用 處理中斷相關(guān)的程序，包括收發(fā)包 入口函數(shù)，初始 化設(shè)備，停止，重置設(shè)備等基本操作 用于安裝驅(qū)動程序 程序總體結(jié)構(gòu) USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡程序總體結(jié)構(gòu)如圖 31所示。 圖 31 USB TO Gigabit LAN網(wǎng)卡程序總體結(jié)構(gòu) NIC 微端口驅(qū)動程序提供一個 DriverEntry 的函數(shù)。 DriverEntry 由系統(tǒng)調(diào)用來裝載驅(qū)動程序。 DriverEntry 產(chǎn)生一個微端口 NIC驅(qū)動程序和 NDIS 庫的連接，并且向 NDIS 注冊 微端口的版本和入口指針。微端口通過向 ndis 注冊不同函數(shù)實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 主函數(shù) DriverEntry() AX88178SetInformation() AX88178QueryInformation() AX88178SendPackets() AX88178Halt() … . AX88178Reset（） AX88178Isr() 各注冊函數(shù) AX88178Init() USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 17 4 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的電路設(shè)計 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的總體結(jié)構(gòu) 從 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的電路結(jié)構(gòu)來看， 大致可以分 USB接口電源電路部分、 AX88178 芯片電路部分、 RTL8211CL 芯片電路部分和 RJ45 輸出電路部分。具體的結(jié)構(gòu)如圖 41所示。 LED2EECKM D I 0M D I 0+M D I 2+M D I 1M D I 3M D I 3+M D I 2M D I 1+EEDIR X _C LKR X _D VR X D 312MHzXTAL1XTAL2R X D 1T X CR X D 0T X D 3R X D 2T X D 2T X D 1T X D 0T X _E NRT8008VBUS_5VVB U S_ 5VVB U S_ 5VLED_ADLM1117PH Y _V D D 33PH Y _V D D 10MAC_VDD33AT93C56AX88178USBARJ45RTL8211CL12MHzRT8008DPXOUT12MXIN12MDMD+VBUSDEEDOEECSLED1 圖 41 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡總 體 結(jié)構(gòu) 此次設(shè)計采取的方案為 AX88178+RTL8211CL。 連接器 選用 的是 內(nèi)置 網(wǎng)絡(luò)變壓器 的 RJ45 連接器 ，這樣既可以節(jié)省 PCB 空間，又可以簡化電路設(shè)計。 PHY 部分采用的是 RTL8211CL芯片， RTL8211CL 芯片為 48管腳 的 PHY，它的主要特點就是價格低，性能穩(wěn)定。 Gigabit 信號 經(jīng)過 RJ45 進(jìn)入到產(chǎn)品， 再 通過 PHY 與 USB 轉(zhuǎn)到 RJ45 網(wǎng)口芯片 AX88178 里 后 建立數(shù)據(jù)交換通信，從而將網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)化為 USB能識別的與之想對應(yīng)的信號傳送給 PC。 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 18 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的電路設(shè)計 USB 接口電路設(shè)計 USB 接口電路如圖 42 所示。 圖 42 USB接口電路 電路中的 D+和 D是一對差模信號， VBUS 給電路提供 5V 的電源為設(shè)備供電。 USB 信號線在高速模式下必須使用帶有屏蔽的雙絞線，并且最長不能超過5m。 而當(dāng) USB 信號在低速模式時可以使用不帶屏蔽或不是雙絞的線 ， 但最長不能超過 3m， 這主要是由于信號衰減的限制。為了提供信號電壓保證，以及與終端負(fù)載相匹配，在 USB 電纜的每一端都使用了不平衡的終端負(fù)載。這種終端負(fù)載也保證了能夠檢測外設(shè)與端口的連接或分離，并且可以區(qū)分高速與低速設(shè)備。 由于此 USB 是焊線的 ，所以在焊接時一個要清楚 USB 信號所對應(yīng) 的線色。 USB接口 在電纜中的接線方式 如 表 41 所示。 表 41 USB接口接線的線色 USB管腳 信號名稱 線色 1 VBUS 紅色 2 D 白色 3 D+ 綠色 4 GND 黑色 Shell Shield 電纜 USB TO Gigabit LAN 網(wǎng)卡的設(shè)計與制作 19 電源電路設(shè)計 GN DPH Y _V D D 10PH Y _V D D 33M AC _V D D 33U SB _G N DU SB _5 VGN DPH Y _V D D 10PH Y _V D D 33M AC _V D D 335VC 610. 1u FU5 LM 11 17 3. 3